CN102933992A - 光学层叠体和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

【课题】对于以往的偏光薄膜，在厚度30μm左右的偏振片的两面贴合有透明的保护薄膜。以往的偏光薄膜在80℃、120小时的环境试验中显示出-0.5%左右的尺寸变化率。因此，有产生莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊的担心。【解决方案】在偏光薄膜（13）与光学元件(透镜阵列（14）)层叠而成的光学层叠体（10）中，薄型偏光膜（12）的厚度为8μm以下，其中所述偏光薄膜（13）在基材（11）的一个主表面上层叠薄型偏光膜（12）而成。基材（11）的厚度为20μm~80μm。或者，光学元件为具备多个慢轴方向不同的区域的图案相位差板（114）。

Description

光学层叠体和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及具有薄型偏光膜的光学层叠体、和具备该光学层叠体的液晶显示装置。
背景技术
由于液晶显示装置具备薄型、轻量、电力消耗低的特征，因此广泛用于液晶电视、计算机显示器、手机、汽车导航、便携式游戏机等。
然而，液晶显示装置有显示质量的视角依赖性大的问题。视角依赖性是指，例如，尽管从正面观察时为正常颜色和高对比度的图像，但是从斜向观察时颜色变得不同、或色调反转、或对比度降低。能够观察到正常图像的角度范围指视角，视角依赖性大指视角狭窄。
视角依赖性是由于液晶分子取向模式、折射率各向异性、偏光薄膜的特性、光源的方向性等种种原因而产生的。为了使液晶显示装置的视角依赖性小，已知在液晶显示面板的观察者侧配置例如锁定在偏光板上的透镜阵列的液晶显示装置。透镜阵列也称为透镜片，周期性地排列有多个微小的透镜。
通过在液晶显示面板中配置透镜阵列，虽然视角特性得到改善，但有时液晶面板的像素形成的周期结构和透镜阵列具有的周期结构发生干涉，产生莫尔条纹，显示质量降低。
为了防止这种莫尔条纹的产生，需要高精度地控制液晶面板的像素间距与透镜阵列的透镜间距，并且需要在液晶面板的像素排列方向和透镜阵列的透镜排列方向上设定适当的角度(例如，专利文献1)。
另外，正在开发提高显示的临场感的立体显示装置。并且，对于立体显示，存在几种方案。专利文献2中记载了如下的立体显示装置：在液晶面板上沿列方向交替配置二维排列的多个右眼用像素群和左眼用像素群，在液晶面板的前表面偏光薄膜上形成对应于各像素群的图案相位差板(pattern phase differenceplate)，在该前表面上配置柱状透镜。
为了得到适当的立体显示，使用与像素群和相位差板的周期结构相符的柱状透镜，需要高精度地控制像素群和相位差板的周期结构与柱状透镜的周期结构而配置。
立体显示装置中，也有没有图案相位差板的立体显示装置，但是，除了图案相位差板以外的结构与上述的立体显示装置是同样的，因此有与上述的立体显示装置相同的课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-42310号公报
专利文献2：日本特开平9-304740号公报
发明内容
发明要解决的问题
液晶显示面板中，为了防止莫尔条纹、颜色不均匀、和立体显示模糊的产生，需要高精度地控制液晶面板的像素间距和透镜阵列的透镜间距，并且需要在液晶面板的像素排列方向和透镜阵列的透镜排列方向上设定适当的角度。
液晶面板的基板与透镜阵列之间有偏光薄膜，透镜阵列粘接在偏光薄膜上。偏光薄膜的尺寸因背光灯点灯时产生的热、基于外部环境的温度、湿度而变化时，有透镜阵列受到偏光薄膜的影响而应变的担心。
透镜阵列应变时，有透镜间距、透镜排列方向变化，产生莫尔条纹、颜色不均匀，显示质量降低的担心。另外，由于透镜阵列的应变，有透镜阵列从偏光薄膜上剥离的担心。
另外，立体显示装置中，偏光薄膜的尺寸因背光灯点灯时产生的热、基于外部环境的温度、湿度而变化时，偏光薄膜上贴附的图案相位差板与像素群、透镜阵列之间产生位置偏移。因此，有时产生立体显示模糊。
另外，透镜阵列与图案相位差板粘接时，透镜阵列产生应变，有时产生颜色不均匀，有时透镜阵列从图案相位差板上剥离。
液晶显示面板、立体显示装置中使用的以往的偏光薄膜被称为偏振片，在厚度30μm左右的薄膜的两面贴合有透明的保护薄膜。代表性地，以往的偏光薄膜在80℃、120小时的环境下显示出-0.5%左右的尺寸变化(收缩)。发生-0.5%的尺寸变化时，透镜阵列、图案相位差板受到影响，有产生莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊的担心。即，由于以往的偏光薄膜的尺寸稳定性低，因此难以防止莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊的产生。
用于解决问题的方案
本发明中，制作了尺寸变化少的偏光薄膜。并且，将该偏光薄膜与透镜阵列层叠而制作了光学层叠体。并且，制作了具备该光学层叠体的液晶显示装置。
本发明中，代表性地，在80℃、120小时的环境下，偏光薄膜的尺寸变化率为-0.2%以下(-0.2%以下是指-0.2%~0%的意思)。使用本发明的偏光薄膜的液晶显示面板、立体显示装置中，由于偏光薄膜的尺寸变化率小，因此透镜阵列的应变也少，发生莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊的担心也少。
本发明的要旨如下：
(1)本发明的光学层叠体具有光学元件和在基材的一个主表面上层叠薄型偏光膜而成的偏光薄膜。光学元件与偏光薄膜层叠，薄型偏光膜的厚度为8μm以下。
(2)本发明的光学层叠体中，基材的厚度为20μm~80μm。
(3)本发明的光学层叠体中，光学元件为具有用于控制光的行进方向的多个透镜的透镜阵列。
(4)本发明的光学层叠体中，光学元件为具备多个慢轴方向不同的区域的相位差板。
(5)本发明的液晶显示装置具备液晶面板和上述记载的光学层叠体。
发明的效果
根据本发明，对于层叠偏光薄膜与光学元件而成的光学层叠体，例如，由温度变化而造成的尺寸变化率极少，能抑制透镜阵列的应变，因此在长期内能够适当地控制由透镜阵列射出的光的行进方向。
另外，对于具备该光学层叠体的本发明的液晶显示装置，即使在高温状态下长时间放置，也能适当地控制由光学层叠体射出的光的行进方向，因此不易产生莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊，能够得到高质量的显示。
进而，对于具有用于立体显示的图案相位差板的光学层叠体，由温度变化而造成的尺寸变化极少，因此，能够抑制与像素群、透镜阵列的偏移，能够得到没有立体显示模糊、高质量的显示。
附图说明
图1为本发明的光学层叠体的示意图
图2为本发明的光学层叠体的示意图
图3的(a)为以往的偏光薄膜的示意图，(b)为本发明中使用的偏光薄膜的示意图，(c)为本发明中使用的偏光薄膜的示意图，(d)为本发明中使用的偏光薄膜的示意图，(e)为本发明中使用的偏光薄膜的示意图，(f)为本发明中使用的偏光薄膜示意图
图4的(a)为本发明中使用的透镜阵列的示意图，(b)为本发明中使用的复眼透镜的示意图
图5的(a)为本发明的液晶显示装置的示意图，(b)为本发明的液晶显示装置的示意图
图6的(a)为本发明的液晶显示装置的示意图，(b)为本发明的液晶显示装置的示意图
图7为以往的液晶显示装置的示意图
图8为本发明的液晶显示装置的示意图
具体实施方式
[光学层叠体]
图1中示意性地示出本发明的光学层叠体10的一个例子的剖面。在基材11的一个主表面上层叠薄型偏光膜12而成的偏光薄膜13、与透镜阵列14借助粘接层15而层叠一体化。薄型偏光膜12的厚度为8μm以下。另外，薄型偏光膜12通过与基材一起拉伸，出现吸收轴和透光轴，作为偏光元件起作用。透镜阵列14为典型的薄片状，也被称为透镜片。
此时，透镜阵列14的透镜14a侧的主表面，以面对薄型偏光膜12的方式配置，相邻透镜14a的间隔以不被粘接层15填充的方式粘接。这是因为，各透镜14a的空隙中嵌入粘接层15时，各透镜14a的折射作用变弱，基于透镜阵列14的视角补偿效果变小。
图2中示意性地示出本发明的光学层叠体20的其他例子的剖面。使两片基材21、22中夹持薄型偏光膜23而成的偏光薄膜24与透镜阵列25借助粘接层26而层叠一体化。薄型偏光膜23的厚度为8μm以下。此时，使透镜阵列25的透镜25a侧的主表面与偏光薄膜24面对，相邻透镜25a的间隔以不被粘接层26填充的方式粘接。
偏光薄膜24中，可以使两片基材21、22中的一片与薄型偏光膜23一起拉伸，拉伸后与另一片贴合。另外，也可以先使薄型偏光膜23被两片基材21、22夹持(贴合)再拉伸。通过这样在薄型偏光膜23的内外贴合基材21、22，例如，仅对偏光薄膜24进行处理时，能够防止损伤薄型偏光膜23。
[偏光薄膜]
代表性地，本发明的液晶显示装置中使用的偏光薄膜即使在高温(例如80℃)下长时间(例如120小时)放置，尺寸变化也少。代表性地，尺寸变化率为-0.2%以下(-0.2%~0%)。
图3中示出本发明的光学层叠体和液晶显示装置中使用的偏光薄膜的例子，以及以往的偏光薄膜，并进行说明。
图3的(a)为以往的偏光薄膜30，保护薄膜31贴合在偏振片32的内外两侧。代表性地，保护薄膜31为厚度40μm的三乙酰纤维素(TAC)薄膜。代表性地，偏振片32为厚度30μm的聚乙烯醇(PVA)薄膜。
图3的(b)为本发明中使用的偏光薄膜40的一个例子，在基材41的表面上层叠有薄型偏光膜42。代表性地，基材41为厚度20μm~80μm的三乙酰纤维素(TAC)薄膜、非晶PET薄膜、聚甲基戊烯(TPX)薄膜、丙烯酸系树脂薄膜、降冰片烯系树脂薄膜等。代表性地，薄型偏光膜42为厚度8μm以下的聚乙烯醇(PVA)膜。
如图3的(b)所示，本发明中使用的偏光薄膜40形成有薄型偏光膜42。所述薄型偏光膜42如下形成：在基材41的表面涂布聚乙烯醇水溶液、干燥，形成聚乙烯醇膜之后，与基材41一起拉伸，用碘等染色，从而形成薄型偏光膜42。由于本发明中使用的偏光薄膜40基于该制备方法，因此与以往的偏光薄膜30相比，薄型偏光膜42非常薄。(以往的偏振片32的厚度为30μm左右，本发明的薄型偏光膜42的厚度为8μm以下)。
图3的(c)为本发明中使用的偏光薄膜50的其他例子，薄型偏光膜51的两面被基材52、53夹持。代表性地，基材52、53为厚度20μm~80μm的三乙酰纤维素(TAC)薄膜、非晶PET薄膜、聚甲基戊烯(TPX)薄膜、丙烯酸系树脂薄膜、降冰片烯系树脂薄膜等。代表性地，薄型偏光膜51为厚度8μm以下的聚乙烯醇(PVA)膜。
如图3的(c)所示，本发明中使用的偏光薄膜50也可以如下形成：在一基材52的表面涂布聚乙烯醇水溶液、干燥，形成聚乙烯醇膜之后，与该基材52一起拉伸、用碘等染色，形成薄型偏光膜51，将另一基材53贴合在薄型偏光膜51上，从而形成偏光薄膜50。由于本发明中使用的偏光薄膜50基于该制备方法，因此与以往的偏光薄膜30相比，薄型偏光膜51非常薄。(以往的偏振片32的厚度为30μm左右，本发明的薄型偏光膜51的厚度为8μm以下)。
认为本发明中使用的偏光薄膜40、50在高温下的尺寸变化少的理由如下：
(1)薄型偏光膜42、51的厚度薄。以往的偏振片32的厚度为30μm左右，而本发明中使用的薄型偏光膜42、51的厚度为8μm以下。通常，薄的膜、薄膜比厚的尺寸变化少。
(2)基材41、52、53选用与薄型偏光膜42、51相比由高温造成的尺寸变化非常少的材质。本发明中使用的偏光薄膜40、50中，薄型偏光膜42、51的收缩应力产生时，基材41、52、53比薄型偏光膜42、51更厚、刚性更大，因此薄型偏光膜42、51的应力影响少，偏光薄膜40、50不易收缩。
本发明中使用的偏光薄膜40、50中，薄型偏光膜42、51的适当的厚度为8μm以下，基材41、52、53的适当的厚度为20μm~80μm。基材41、52、53的厚度低于20μm时，基材41、52、53的刚性不足，有偏光薄膜40、50变得容易收缩的担心。基材41、52、53的厚度超过80μm时，偏光薄膜40、50变得过厚，变得缺乏弯曲性，变得欠缺对面板的易粘性等实用性。
另一方面，对于保护薄膜31，即使是以往的偏光薄膜30，也选用与偏振片32相比由高温造成的尺寸变化非常少的材质。代表性地，保护薄膜31的尺寸变化率为-0.03%左右。
然而，由于偏振片32和保护薄膜31的厚度为同一水平，偏振片32的收缩应力产生时，保护薄膜31不具有仅对抗收缩应力的刚性。因此，难以防止偏光薄膜30的收缩。实际上，根据发明人等的实验，存在随着保护薄膜31的厚度变小，偏光薄膜30的尺寸收缩率变大的倾向。
[偏光薄膜的制造方法]
本发明中使用的偏光薄膜40、50由各自的基材41、52、53和薄型偏光膜42、51的层叠体形成，其制造方法可以通过后述工序而得到。
本发明的偏光薄膜40如下制造：在基材41的表面涂布形成乙烯醇系聚合物的薄膜，将薄膜与基材41一起拉伸之后，例如用碘等染色，赋予薄膜偏光功能，得到基材41与薄型偏光膜42的层叠体，从而制造。
本发明的偏光薄膜50如下制造：在基材52的表面涂布形成乙烯醇系聚合物的薄膜，将薄膜与基材52一起拉伸之后，例如用碘等染色，赋予薄膜偏光功能，制造基材52与薄型偏光膜51的层叠体，进而在薄型偏光膜51上层叠基材53，从而制造。
上述那样得到的偏光薄膜40、50不易受到温度、湿度的影响，由温度、湿度造成的尺寸变化非常少。通常，偏光薄膜的尺寸变化受到最容易伸缩的偏振片的支配，因此，包含尺寸变化少的薄型偏光膜42、51的本发明的偏光薄膜40、50的尺寸变化率小。
对于偏光薄膜40、50的尺寸变化率，具体而言，在80℃的恒温环境试验室中保存120小时时，至少可使其为-0.2%以下(-0.2%~0%)，优选可使其为-0.1%以下(-0.1%~0%)。
虽然未能完全解释清楚偏光薄膜40、50的尺寸变化率小的理由，但推测除了上述的(1)、(2)之外还包括以下(A)～(D)的事项起到复合作用。
(A)为乙烯醇系聚合物的薄膜。
(B)涂布形成乙烯醇系聚合物的薄膜，该薄膜不借助粘接剂等而与基材41、52密合层叠。
(C)不仅拉伸乙烯醇系聚合物的薄膜，而是将该薄膜与基材41、52一起拉伸。
(D)将乙烯醇系聚合物的薄膜与基材41、52一起拉伸后，用碘等染色。
偏光薄膜40由基材41和薄型偏光膜42形成，其厚度根据所使用的基材41的厚度而变化，但优选20μm~90μm左右。
偏光薄膜50由基材52、53和薄型偏光膜51形成，其厚度根据所使用的基材52、53的厚度而变化，但优选为40μm~170μm左右。
薄型偏光膜42、51的偏光度优选为99%以上，透射率优选为39%~46%。
上述工序中使用的基材41、52为能够均匀涂布形成乙烯醇系聚合物的薄膜、平滑性优异的基材。且，优选使用在将上述薄膜密合层叠在基材41、52上的状态下能够拉伸、拉伸性优异的基材。
作为基材41、52的材质，例如可列举出烯烃系聚合物、降冰片烯系聚合物、丙烯酸系聚合物、非晶PET聚合物、和它们的共混聚合物(blend polymer)等。对于基材41、52，为了提高乙烯醇系聚合物薄膜的密合性，可以设有聚氨酯树脂等的易粘接层。
基材41、52的拉伸前的厚度优选为50μm~200μm，拉伸后的厚度优选为20μm~80μm。需要说明的是，基材41、52具有易粘接层时，该厚度的范围为包括易粘接层的厚度。
代表性地，乙烯醇系聚合物为聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物。聚乙烯醇为皂化水解聚醋酸乙烯酯而得到，乙烯-乙烯醇共聚物为皂化水解乙烯-醋酸乙烯酯共聚物而得到。
将乙烯醇系聚合物溶解于适合的溶剂(例如热水)成为溶液状之后，用任意的涂布机(coater)在基材41、52的表面上涂布形成为薄膜状。乙烯醇系聚合物薄膜的拉伸前的厚度优选为1μm~20μm。
通过任意的拉伸装置(例如拉幅拉伸机)将乙烯醇系聚合物薄膜与基材41、52的层叠体沿纵、横、或斜方向拉伸(空中拉伸)。由此，通过将薄膜与基材41、52一起拉伸，能够使薄膜均匀拉伸而不破裂。这时的拉伸倍率可以对应最终得到的薄型偏光膜42、51的光学特性任意设定，但优选为3倍~6倍。这时的拉伸温度优选为100℃~180℃。
前述的拉伸为通常的空中拉伸(空气中的拉伸)，但根据申请人的研究结果，得知通过将聚乙烯醇系树脂在低温(85℃以下)的硼酸水溶液中以总拉伸倍率为5倍以上的方式拉伸(硼酸水中拉伸)，能够得到光学特性更加优异的薄型偏光膜。
硼酸在水溶液中生成四羟基硼酸根阴离子。推测该四羟基硼酸根阴离子与乙烯醇系聚合物的羟基生成氢键，使乙烯醇系聚合物交联。由于该交联，乙烯醇系聚合物不溶化，变得能够在水溶液中拉伸。
在硼酸水溶液中拉伸PVA系树脂时，由于能使PVA系树脂层不溶化，因此能够以总拉伸倍率为5倍以上的高倍率进行拉伸。
通过将薄PVA系树脂与树脂基材一起在空中拉伸的以往的制备方法，难以得到高性能的薄型偏光膜。其原因是因为使用被称为“空中拉伸”的拉伸方法。与温度无关，空中拉伸的情况下，由拉伸造成的PVA系树脂结晶化增进，包括拉伸对象在内的树脂基材的总拉伸倍率难以达到原长度的5倍以上。而且，可以推断由于PVA系树脂中形成像层状结构、球晶那样对取向没有贡献的高阶结构(higher-order structure)(大型结构)，变得无法充分吸附二色性物质，且无法高阶取向。
通过将聚乙烯醇系树脂在低温下硼酸水中拉伸，能够防止聚乙烯醇系聚合物的结晶化，同时能够将薄PVA系树脂以5倍以上的高倍率进行拉伸。其结果，可得到如下推论：薄PVA系树脂的非晶态部分的取向性变高。另外，通过高倍率拉伸，PVA系树脂中存在的聚碘离子络合物等二色性物质成为在高阶中沿单方向排列。作为其结果，得到光学特性高的薄型偏光膜。
将拉伸过的基材41、52和薄膜的层叠体浸渍于含有二色性物质(例如碘、有机染料)的染色浴中、使其染色。此时，使用不具有羟基的疏水性树脂(例如降冰片烯系聚合物)作为基材41、52的材料时，基材41、52不被染色。染色浴的温度优选为10℃~50℃。拉伸过的层叠体在染色浴中浸渍的总时间优选为5秒~240秒。
另外，如图3的(d)~(e)所示，借助粘接剂(未图示)等将薄型偏光膜42转印至别的基材43，能够制作偏光薄膜44。转印后的基材43例如可以作为保护薄膜使用。该基材43可以通过流延(cast)法、挤出法制作，可以适宜地选择材质、厚度。此外，如图3的(f)所示，在薄型偏光膜42上层叠保护薄膜45，能够制作保护了薄型偏光膜42的两侧的偏光薄膜46。
以往使用的基材是厚度为40μm和80μm的三乙酰纤维素(TAC)薄膜。考虑操作性等时，厚度20μm左右能够作为保护薄膜使用。因此，可以说，转印后作为保护薄膜使用的基材43的厚度优选为20μm~80μm。
根据本发明人等的推测，将乙烯醇系聚合物的薄膜拉伸后，浸渍于染色浴中使薄膜溶胀，也有降低内部应力，使薄型偏光膜42、51的尺寸变化率变小的效果。
[透镜阵列]
图4的(a)中示出本发明的液晶显示装置中使用的透镜阵列60的一个例子。在透明基板61的一个面上，多个柱状透镜62以间距PL周期性地排列。代表性地，间距PL为0.1mm左右。与柱状透镜62的光轴正交的方向为柱状透镜62的排列方向。排列的透镜还可以是图4的(b)中所示的复眼透镜63、线性菲涅尔(Fresnel)透镜、微棱镜、圆柱形透镜、微透镜阵列(microlens array)等。
图1中所示的具备偏光薄膜13和透镜阵列14的光学层叠体10，由于偏光薄膜13的收缩率比以往的偏光薄膜小得多，因此能够抑制透镜阵列14的应变。因此，射入彩色滤光片(colorfilter)(未图示)的入射光不会偏移，能够抑制颜色不均匀的产生。
[液晶显示装置]
图5的(a)中示意性地示出本发明的液晶显示装置70的一个例子。液晶显示装置70具备液晶面板71、和本发明的光学层叠体10、和偏光薄膜72、和面光源(背光源)73。
液晶面板71具备被一对基板71a所夹持的液晶层71b。在液晶面板71的面光源73侧贴附有本发明的光学层叠体10。在液晶面板71的、与光学层叠体10相对的一侧贴附有偏光薄膜72。
图5的(b)中示意性地示出本发明的液晶显示装置80的其他例子。液晶显示装置80具备液晶面板81、和本发明的光学层叠体10、和偏光薄膜82、和面光源(背光源)83。液晶面板81具备被一对基板81a所夹持的液晶层81b。与图5的(a)的本发明的液晶显示装置70不同之处在于，面光源83位于以液晶面板81为基准光学层叠体10的相对侧。
图6的(a)中示意性地示出本发明的液晶显示装置90的其他例子。液晶显示装置90具备液晶面板91、和本发明的光学层叠体20、和偏光薄膜92、和面光源(背光源)93。
液晶面板91具备被一对基板91a所夹持的液晶层91b。在液晶面板91的面光源93侧贴附有本发明的光学层叠体20。在液晶面板91的、与光学层叠体20相对的一侧贴附有偏光薄膜92。
图6的(b)中示意性地示出本发明的液晶显示装置100的其他例子。液晶显示装置100具备液晶面板101、和本发明的光学层叠体20、和偏光薄膜102、和面光源(背光源)103。液晶面板101具备被一对基板101a所夹持的液晶层101b。与图6的(a)的本发明的液晶显示装置100的不同之处在于，面光源103位于以液晶面板101为基准光学层叠体20的相对侧。
本发明也可应用于使用液晶面板的立体显示装置。作为可应用的立体显示装置，例如，可列举出图7所示的柱状形式的液晶显示装置110(专利文献2)。通常，为了射出对应液晶单元的右眼用像素群111的右旋圆偏振光和对应液晶单元的左眼用像素群112的左旋圆偏振光，在偏光薄膜113的正上方依次层叠图案相位差板114和透镜阵列115，图案相位差板114具有与圆柱形透镜(透镜阵列115)对应的多个慢轴图案。
关于图案相位差板114的形成方法，已公开种种方法。例如：使用光刻工序将1/2波长板沿与扫描线平行的方向交替地图案化，在基板上形成具有1/2波长的相位差的部分和不具有相位差的部分。在此基础上，将1/4波长的相位差板层叠在基板的整面上，所述1/4波长的相位差板具有与具备1/2波长的相位差的部分的慢轴正交的慢轴。由此，存在形成慢轴正交、条纹状图案的1/4波长板的方法。
作为其他方法，有如下方法：在基板上形成聚酰亚胺、聚乙烯醇等摩擦取向膜。为了沿与扫描线平行的方向交替得到慢轴，制作掩模图案，控制摩擦方向为条纹状。在此基础上，使液晶材料取向，形成慢轴相互正交的条纹状的1/4波长板。
进而，作为其他方法，有如下方法：在基板上形成光取向膜，制作用于沿与扫描线平行的方向交替得到慢轴的掩模图案。进行偏光UV照射时，控制为条纹状，在此基础上使液晶材料取向。由此，形成慢轴相互正交的条纹状的1/4波长板。
图8为本发明的液晶显示装置120的一个例子的示意图。该液晶显示装置120能够立体显示。液晶显示装置120具备液晶面板121、和本发明的光学层叠体122、和透镜阵列123、和偏光薄膜124、和面光源(背光源)125。
液晶面板121具备被一对基板121a所夹持的液晶层121b。对于液晶层121b内的液晶单元，其右眼用像素群121c和左眼用像素群121d交替配置。
本发明的光学层叠体122为偏光薄膜122c与图案相位差板122d层叠而成的。所述偏光薄膜122c在基材122a的一个主表面上层叠薄型偏光膜122b而成。
液晶单元的右眼用像素群121c和左眼用像素群121d的间距、和图案相位差板122d的间距、和透镜阵列123的间距一致。
透镜阵列123配置于图案相位差板122d上，但可以通过边框固定，而不与图案相位差板122d粘接。或者，也可以用粘合剂等将透镜阵列123与图案相位差板122d贴合。
通过边框固定以往的偏光薄膜时，由于由面光源点灯时的热、外部环境造成的温度、湿度的变化，偏光薄膜的尺寸容易变化。因此，图案相位差板与液晶单元的位置容易偏移，容易产生立体显示模糊。
以往的偏光薄膜与透镜阵列粘接时，偏光薄膜的尺寸变化表观上变小，但由于偏光薄膜的收缩应力导致透镜阵列的应变，因此容易产生立体显示模糊。
使用具备本发明的偏光薄膜122c的光学层叠体122时，即使存在由面光源125点灯时的热、外部环境造成的温度、湿度的变化，也不会产生图案相位差板122d的位置偏移、透镜阵列123的应变。右眼用像素群121c和左眼用像素群121d、与图案相位差板122d和透镜阵列123的关系中不产生偏移，因此，能够抑制立体显示模糊。
将以往的偏光薄膜用于这种液晶显示装置时，可以在制造最初使其不易产生莫尔条纹。然而，在例如车载等高温环境下偏光薄膜的尺寸变化受到影响时，光学元件中产生应变。光学元件为透镜阵列时，透镜排列的间距ＰＬ、排列方向偏移，或透镜阵列与偏光薄膜剥离。另外，光学元件为图案相位差板时，图案相位差板与像素群产生位置偏移。其结果，有时产生莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊。然而，使用本发明的光学层叠体10、20、122时，即使在高温环境下光学元件中也不会发生应变、剥离，能够抑制光学元件与其他光学构件的位置偏移，因此，能够抑制液晶显示装置中莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊的产生。
实施例
实施例1～14中，制作具备本发明的光学层叠体的液晶显示装置。所述本发明的光学层叠体使用将聚乙烯醇涂布在基材上，拉伸、染色，从而制作而成的薄膜。
偏光薄膜中，聚乙烯醇涂膜的厚度设为四个水平(3.2μm、4.3μm、10.0μm、18.0μm)。另外，拉伸、染色后的薄型偏光膜的厚度设为四个水平(1.3μm、1.7μm、4.0μm、7.2μm)。
如表1所示选择基材的种类和厚度而制作。
比较例1～8为通过基于以往的偏振片拉伸方法的制造方法而得到的偏光薄膜。
[实施例1]
将聚乙烯醇树脂(JAPAN VAM & POVAL CO.,LTD.制造，JC-40)先热水溶解再冷却，制备7重量%的聚乙烯醇水溶液。
将降冰片烯系树脂薄膜(JSR Corporation制造，ARTON)的表面进行以易粘接为目的的电晕处理之后，涂布聚乙烯醇水溶液，在100℃下干燥10分钟，得到厚度3.2μm的聚乙烯醇涂膜。由此得到聚乙烯醇涂膜和降冰片烯系树脂薄膜层叠而成的层叠体。
通过辊到辊(roll to roll)在140℃下，通过自由端纵拉伸(不保持层叠体的宽方向端部地在长度方向上拉伸)以纵4.5倍拉伸所得到的层叠体，得到拉伸层叠体。拉伸后的层叠体，薄膜宽为360mm，基材厚度为40μm，聚乙烯醇涂膜的厚度为1.3μm。
接着，将拉伸层叠体浸渍于20℃的碘水溶液(碘：碘化钾：水＝1：10：200)中60秒后，浸渍于55℃的10重量%硼酸水溶液中420秒，再浸渍于30℃的4重量%碘化钾水溶液中10秒之后，在60℃下进行干燥4分种，得到偏光薄膜。完成的偏光薄膜的、由聚乙烯醇涂膜形成的薄型偏光膜的厚度为1.3μm。
通过向聚乙烯醇涂膜面射入来自棱镜薄型偏光膜的光的构成，用带积分球的分光光度计(Hitachi,Ltd.制造，U-4100)测定所得到的偏光薄膜的光学特性，结果透射率为41.5%，偏光度为99.8%。
以通过格兰·泰勒棱镜(Gran Taylor prism)薄型偏光膜所得到的完全偏振光作为100%，测定对各直线偏振光的透射率。需要说明的是，透射率表示为基于CIE1931色度体系算出的可见度校正了的Y值。另外，偏光度P通过
P={(k1-k2)/(k1+k2)}×100
算出。此处，k1、k2表示最大透射率方向的直线偏振光的透射率、和其正交方向的线偏振光的透射率。
透镜阵列是如下形成的：以降冰片烯系树脂薄膜(JSRCORPORATION制造，ARTON，厚度150μm，宽750mm)为透明基板，将在具有规定的凹部的模具中充填、固化的紫外线固化树脂(JSR CORPORATION制造，Z9001)转印至透明基板的表面，从而形成。透镜间距PL设为0.1mm，透镜高设为0.04mm。
如图6的(b)所示，将由透镜阵列和偏光薄膜形成的本发明的光学层叠体通过丙烯酸系粘合剂与液晶面板贴合，制作用于观察莫尔条纹和颜色不均匀的液晶显示装置。
进而，如图8所示，将由图案相位差板和偏光薄膜形成的本发明的光学层叠体通过丙烯酸系粘合剂以介于透镜阵列与液晶面板之间的方式贴合，制作用于观察立体显示模糊的液晶显示装置。液晶面板具备由右眼用像素群和左眼用像素群形成的液晶单元。
对实施例1的液晶显示装置，进行80℃、24小时的环境试验，调查试验后的显示劣化，结果未发生颜色不均匀、莫尔条纹、立体显示模糊，无显示劣化。
对实施例1中使用的偏光薄膜，偏光薄膜单独地进行80℃、120小时的环境试验，结果如表1所示，尺寸变化率，MD(长度方向)为-0.022%，TD(宽度方向)为-0.049%。
[实施例2~6]
调整聚乙烯醇水溶液的涂布量，如表1所示调整由聚乙烯醇涂膜形成的薄型偏光膜的厚度、和基材的厚度。除此以外，与实施例1同样实施，制备偏光薄膜和液晶显示装置。
与实施例1相同，对液晶显示装置，进行80℃、24小时的环境试验。试验后，未发生颜色不均匀、莫尔条纹、立体显示模糊，无显示劣化。偏光薄膜单独的80℃、120小时的环境试验中的尺寸变化率如表1所示。
[实施例7~14]
调节聚乙烯醇水溶液的涂布量，如表1所示调整由聚乙烯醇涂膜形成的薄型偏光膜的厚度、和基材的厚度。如图3的(c)所示，通过基材层叠薄型偏光膜的两面，制作偏光薄膜。除此以外，与实施例1同样。
如图6的(b)所示，将透镜阵列和偏光薄膜通过丙烯酸系粘合剂与液晶面板贴合，制作用于观察莫尔条纹和颜色不均匀的液晶显示装置。
进而，如图8所示，将由图案相位差板和偏光薄膜形成的本发明的光学层叠体通过丙烯酸系粘合剂以介于透镜阵列与液晶面板之间的方式贴合，制作用于观察立体显示模糊的液晶显示装置。液晶面板具备由右眼用像素群和左眼用像素群形成的液晶单元。(从偏光薄膜为两面基材的方面来看，与图8不同。)对于实施例10、11，基材设为丙烯酸系树脂薄膜(AC)。
与实施例1相同，对液晶显示装置进行80℃、24小时的环境试验。试验后，未发生颜色不均匀、莫尔条纹、立体显示模糊，无显示劣化。偏光薄膜单独的80℃、120小时的环境试验中的尺寸变化率如表1所示。
[比较例1]
将透镜阵列、和在以往的偏光薄膜(日东电工公司制造，NPF)中保护薄膜(厚度40μm)为单侧的偏光薄膜通过丙烯酸系粘合剂与液晶面板贴合，制作用于观察莫尔条纹和颜色不均匀的液晶显示装置。保护薄膜为三乙酰纤维素树脂薄膜(TAC)。
进而，将由图案相位差板、和在以往的偏光薄膜(日东电工公司制造，NPF)中保护薄膜(厚度40μm)为单侧的偏光薄膜形成的光学层叠体通过丙烯酸系粘合剂，以介于透镜阵列与液晶面板之间的方式贴合，制备用于观察立体显示模糊的液晶显示装置。液晶面板具备由右眼用像素群和左眼用像素群形成的液晶单元。
对比较例1的液晶显示装置进行80℃、24小时的环境试验。试验后，发生颜色不均匀、莫尔条纹、立体显示模糊，发现显示特性的劣化。对比较例1中使用的偏光薄膜单独进行80℃、120小时的环境试验后，尺寸变化率如表1所示，MD(长度方向)为-0.730%，TD(宽度方向)为-0.406%。
[比较例2]
除了将保护薄膜设为厚度80μm以外，与比较例1同样实施，制作液晶显示装置。与比较例1同样地，对比较例2的液晶显示装置进行80℃、24小时的环境试验。试验后，发生颜色不均匀、莫尔条纹、立体显示模糊，发现显示特性的劣化。偏光薄膜单独的80℃、120小时的环境试验结果如表1所示。
[比较例3~8]
如图3的(a)所示，将保护薄膜层叠在偏振片的两侧，除了保护薄膜的厚度如表1所示那样设定以外，与比较例1同样实施，制作液晶显示装置。比较例6中，使用丙烯酸系树脂薄膜(AC)作为保护薄膜。
与比较例1的液晶显示装置同样地，对各比较例的液晶显示装置进行80℃、24小时的环境试验。试验后，发生颜色不均匀、莫尔条纹、立体显示模糊，发现显示特性的劣化。偏光薄膜单独的80℃、120小时的环境试验结果如表1所示。
[表1]
Figure BDA00002508425100211
(注)(1)TAC=三乙酰纤维素薄膜，AC=丙烯酸系树脂薄膜ARTON=降冰片烯系树脂薄膜
(2)MD=长度方向，TD=宽度方向
[评价方法]
[偏光薄膜的尺寸变化率]
在所制作的偏光薄膜上形成厚度20μm的丙烯酸系粘合剂。将所得到的带粘合剂的偏光薄膜，以拉伸方向为0°的方式，切割成100mm×100mm的尺寸，贴合在厚度1mm的玻璃板上，作为测定样品，在偏光薄膜的四角做标记。
通过日本三丰公司制造的影像测量仪(Quick Vision)测定偏光薄膜的四角的标记之间的长度L0。
将测定了的样品投入80℃的加热炉中120小时之后，再次测定偏光薄膜的四角的标记之间的长度L120。
由下式算出尺寸变化率。
尺寸变化率(%)={(L120-L0)/L0}×100
[莫尔条纹和颜色不均匀]
制作用于观察莫尔条纹和颜色不均匀的液晶显示装置，在加热环境下(80℃、24小时)暴露后，目视观察莫尔条纹和颜色不均匀。
[立体显示模糊]
制作用于观察立体显示模糊的液晶显示装置，在加热环境下(80℃、24小时)暴露后，目视观察立体显示模糊。
产业上的可利用性
根据本发明，由偏光薄膜和光学元件层叠而成的光学层叠体，例如由温度变化造成的尺寸变化率极少，能够抑制透镜阵列的应变，因此在长期内能够适当地控制从透镜阵列射出的光的行进方向。
另外，具备该光学层叠体的本发明的液晶显示装置，即使在高温状态下长时间放置，也能适当地控制从光学层叠体射出的光的行进方向，因此不易产生莫尔条纹、颜色不均匀、立体显示模糊，能够得到高质量的显示。
因此，本发明的液晶显示装置特别适合在例如车载、FA(Factory Automation)、室外等温度条件严酷的环境中使用。

Claims (5)

1.一种光学层叠体，其具有：光学元件、和
在基材的一个主表面上层叠薄型偏光膜而成的偏光薄膜，
所述光学元件与所述偏光薄膜层叠，
所述薄型偏光膜的厚度为8μm以下。
2.根据权利要求1所述的光学层叠体，其中，所述基材的厚度为20μm~80μm。
3.根据权利要求1或2所述的光学层叠体，其中，所述光学元件为具有用于控制光的行进方向的多个透镜的透镜阵列。
4.根据权利要求1或2所述的光学层叠体，其中，所述光学元件为具备多个慢轴方向不同的区域的相位差板。
5.一种液晶显示装置，其具备液晶面板、和权利要求1~4中任一项所述的光学层叠体。
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